MX2015003224A - Cristal con un elemento de conexion electrica. - Google Patents

Cristal con un elemento de conexion electrica.

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Abstract

La presente invención se relaciona con un cristal con al menos un elemento de conexión eléctrica, que comprende: - un sustrato (1), - sobre una región del sustrato (1), una estructura eléctricamente conductora (2), - sobre una región de la estructura eléctricamente conductora (2), un elemento de conexión (3) que comprende al menos un acero que contiene cromo, donde el elemento de conexión (3) tiene una región prensada (11) alrededor de un cable de conexión (5) y una región de soldadura (10) y donde la región de soldadura (10) se conecta a la estructura eléctricamente conductora (2) vía un material de soldadura sin plomo.

Description

CRISTAL CON UN ELEMENTO DE CONEXIÓN ELÉCTRICA CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un cristal con un elemento de conexión eléctrica, un método económico y ambientalmente amigable para su producción, y su uso.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona en particular con un cristal con un elemento de conexión eléctrica para vehículos de motor con estructuras eléctricamente conductoras como, conductores de calentamiento o conductores de antena. Las estructuras eléctricamente conductoras comúnmente son conectadas al sistema eléctrico abordo vía elementos de conexión eléctrica soldados. Debido a los diferentes coeficientes de expansión térmica de los materiales usados, ocurren esfuerzos mecánicos durante la producción y operación que tensan los cristales y pueden causar ruptura del cristal.
Las soldaduras que contienen plomo tienen alta ductilidad la cual puede compensar los esfuerzos mecánicos que ocurren entre un elemento de conexión eléctrica y el cristal por deformación plástica. Sin embargo, debido a la directriz de fin de vida de vehículos 2000/53/EC, las soldaduras que contienen plomo tienen que ser reemplazadas por soldaduras sin plomo dentro de la CE (Comunidad Europea). La directriz es referida, en resumen, por el acrónimo ELV (fin de vida de vehículo). Su objetivo es prohibir componentes extremadamente problemáticos de productos que resulten del incremento masivo de dispositivos electrónicos desechables. Las sustancias afectadas son el plomo, mercurio y cadmio. Ésta se relaciona, entre otras cosas, con la implementación de materiales de soldadura sin plomo en aplicaciones eléctricas sobre vidrio y la introducción de productos de reemplazo correspondientes.
Han sido propuestos numerosos elementos de conexión eléctrica para soldar sin plomo para estructuras eléctricamente conductoras. Se hace referencia, a manera de ejemplo, a los documentos US 20070224842 Al, EP 1942703 A2, WO 2007110610 Al, EP 1488972 Al, y EP 2365730 Al. La forma del elemento de conexión, por un lado, y el material del elemento de conexión, por el otro, asumen un significado crítico con respecto a evitar los esfuerzos térmicos.
El objetivo de la presente invención es proporcionar un cristal con un elemento de conexión eléctrica que es particularmente adecuada para soldar usando materiales de soldadura sin plomo, donde los esfuerzos mecánicos críticos en el cristal son evitados. Además, se proporciona un método económico y ambientalmente amigable para su producción.
El objetivo de la presente invención es logrado de acuerdo con la invención con un cristal de al menos un elemento de conexión eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1 independiente. Las modalidades preferidas surgen de las reivindicaciones.
El cristal de acuerdo con la invención con al menos un elemento de conexión eléctrica comprende al menos las siguientes características: un sustrato, sobre una región del sustrato con una estructura eléctricamente conductora, sobre una región de estructura eléctricamente conductora con un elemento de conexión que incluye al menos un acero que contiene cromo, donde el elemento de conexión tiene una región prensada alrededor de un cable de conexión y una región de soldadura y donde la región de soldadura se conecta a la estructura eléctricamente conductora vía un material de soldadura sin plomo.
De acuerdo con la invención, el elemento de conexión eléctrica es conectado al cable de conexión por prensado o estampado. La conexión prensada es simple, económica, y rápida de producir y puede ser fácilmente automatizada. Los pasos de proceso adicionales costosos, por ejemplo, sobre soldadura o soldadura del elemento de conexión al cable de conexión pueden ser evitados. Al mismo tiempo, se proporciona una conducción muy estable entre el elemento de conexión y el cable de conexión. El elemento de conexión de acuerdo con la invención con la región prensada (la llamada encrespadura, es decir la región deformada por el procedimiento de prensado) puede ser producida de manera simple y económica y permite ahorro de espacio, flexibilidad útil, y un contacto eléctrico estable y durable de la estructura eléctricamente conductora.
El acero que contiene cromo, en particular es llamado "acero inoxidable" o "acero resistente a la corrosión" se encuentra disponible económicamente. Los elemento de conexión hechos de acero que contiene cromo también tienen alta rigidez en comparación con muchos elementos de conexión convencionales, hechos, por ejemplo, de cobre, lo cual da como resultado una estabilidad ventajosa de la conexión prensada. El acero que contiene cobre tiene una buena capacidad de formación en frío debido a lo cual es particularmente adecuado para la conexión de conexiones prensadas. Además, en comparación con elementos de conexión convencionales, por ejemplo, aquellos hechos de titanio, el acero que contiene cromo tienen mejor capacidad de soldadura, debido a una conductividad térmica mayor.
El cable de conexión es proporcionado para conectar eléctricamente la estructura eléctricamente conductora a un elemento funcional externo, por ejemplo, un suministro de energía o un receptor. Para esto, el cable de conexión es guiado lejos del cristal partiendo del elemento de conexión preferiblemente más allá de los bordes laterales del cristal. El cable de conexión puede, en principio, ser cualquier cable de conexión conocido por el experto en la téenica para el contacto eléctrico de una estructura eléctricamente conductora y adecuado para ser conectado por prensado en el elemento de conexión (también llamado "contacto prensado"). El cable de conexión puede incluir, además de un núcleo eléctricamente conductor (conductor interno), un aislante, preferiblemente un forro o revestimiento polimérico, con el forro o revestimiento aislante preferiblemente removido en la región del extremo del cable de conexión para permitir una conexión eléctricamente conductora entre el elemento de conexión y el conductor interno.
El núcleo eléctricamente conductor del cable de conexión puede, por ejemplo, incluir cobre, aluminio, y/o plata o aleaciones o mezclas de los mismos. El núcleo eléctricamente conductor puede, por ejemplo, ser implementado como un conductor de alambre trenzado, o como un conductor de alambre sólido. La sección transversal del núcleo eléctricamente conductor del cable de conexión depende de la capacidad de transporte de corriente requerida para la aplicación de un cristal de acuerdo a la invención y puede ser seleccionada apropiadamente por el experto en la téenica. La sección transversal es, por ejemplo, de 0.3 mm2 a 6 mm2.
El elemento de conexión, el cual incluye, de acuerdo con la invención, al menos un acero que contiene cromo y está hecho preferiblemente del acero que contiene cromo, es preferiblemente prensado en la reqión extrema del cable de conexión alrededor del núcleo eléctricamente conductor del cable de conexión, de modo que se desarrolle una conexión eléctricamente conductora durable y estable entre el elemento de conexión y el cable de conexión. El trenzado es efectuado con una herramienta de prensado adecuada, conocida per se por un experto en la técnica, por ejemplo, plegadoras de prensado o prensas de prensado. De manera común, la herramienta de prensado comprende dos puntos activos, por ejemplo, las mordazas de plegadoras de prensado, las cuales son guiadas una contra la otra, por medio de los cuales es ejercida una presión mecánica sobre el elemento de conexión. El elemento de conexión es, de este modo, deformado plásticamente y aplastado alrededor del elemento de conexión.
En una modalidad preferida del elemento de conexión eléctrica de acuerdo con la invención, la región de soldadura es colocada sobre el lado de la región prensada que se orienta hacia la dirección de extensión del cable de conexión hacia el elemento de función externa. El ángulo entre la región de soldadura y la región prensada es preferiblemente de 120° a 180°, de manera particularmente preferible de 150° a 170°. Por estos medios, puede obtenerse un ahorro de espacio y un contacto eléctrico estable particular de la estructura eléctricamente conductora.
La superficie de la región de soldadura orientada hacia el sustrato forma la superficie de contacto entre el elemento de conexión y la estructura eléctricamente conductora y se conecta a la estructura eléctricamente conductora vía el material de soldadura. Aquí, esto significa una conexión mecánica directa entre la región de soldadura y la estructura eléctricamente conductora vía el material de soldadura. Esto significa que el material de soldadura es depositado entre la región de soldadura y la estructura eléctricamente conductora y, de este modo, fija la región de soldadura durable y estable sobre la estructura eléctricamente conductora.
En la región de soldadura y en la región prensada, el elemento de conexión preferiblemente tiene el mismo espesor de material. Esto es particularmente ventajoso con respecto a la producción simple del elemento de conexión, puesto que el elemento de conexión puede ser perforado de una sola hoja de metal. El espesor del material del elemento de conexión es preferiblemente de 0.1 mm a 2 mm, de manera particularmente preferida de 0.2 mm a 1 mm, de manera muy particularmente preferida de 0.3 mm a 0.5 mm. En este intervalo para el espesor de material, el elemento de conexión tiene, por un lado, la capacidad necesaria de formación en frío para el prensado. Por otro lado, en este intervalo para el espesor del material, se obtiene una estabilidad ventajosa de la conexión prensada y una conexión eléctrica ventajosa entre la estructura eléctricamente conductora y el cable de conexión.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La longitud y el ancho de la región de soldadura son preferiblemente de 1 mm a 10 mm, de manera particularmente preferible de 2 mm a 8 mm, y de manera muy particularmente preferible de 2.5 mm a 5 mm. Esto es particularmente ventajoso en vista de un requerimiento de espacio pequeño del elemento de conexión y el contacto eléctrico efectivo de la estructura eléctricamente conductora.
En una modalidad preferida, la región de soldadura es implementada plana, lo cual produce una superficie de contacto plana. Sin embargo, la región de soldadura también puede tener regiones introducidas por reformación, como estampado o revenido profundo, por ejemplo, depósitos de soldadura, separadores, o topes de contacto. Además de las regiones reformadas, la superficie de contacto es preferiblemente plana.
La forma de la región de soldadura y de la superficie de contacto puede ser seleccionada de acuerdo con los requerimientos en el caso individual y puede, por ejemplo, ser poligonal, rectangular, rectangular con esquinas redondeadas, ovalada, elíptica o circular.
La longitud de región prensada puede ser seleccionada apropiadamente por el experto en la téenica tomando en consideración el diámetro del cable de conexión así como los estándares aplicables y es, por ejemplo, de 2 mm a 8 mm o de 4 mm a 5 mm, en particular de 4.5 mm. Esto es particularmente ventajoso en vista de un requerimiento de espacio pequeño del elemento de conexión y una conexión estable entre el elemento de conexión y el cable de conexión. Preferiblemente, la encrespadora es implementada como una encrespadora abierta. Puesto que, en este caso, el cable de conexión no tiene que ser insertado en una férula de extremo de alambre cerrada totalmente alrededor (encrespadora cerrada), esa conexión prensada es más fácil de producir y puede ser fácilmente automatizada y es, en consecuencia, particularmente adecuada para la producción en masa. La forma de la encrespadora puede ser seleccionada libremente, por ejemplo, como una encrespadora en B o una encrespadora en 0.
La región de soldadura puede ser conectada directamente a la región prensada del elemento de conexión. Sin embargo, una región de transición, por ejemplo, con una longitud de 1 mm a 5 m puede ser colocada entre la región de soldadura y la región prensada. Por medio de una región de transición, la flexibilidad en el diseño del elemento de conexión se incrementa.
Además de la región prensada, una o una pluralidad de otras regiones puede ser conectada a la región de soldadura. Por ejemplo, otra región puede ser colocada sobre el borde lateral de una región de soldadura opuesta a la región prensada. Esta otra región puede, por ejemplo, ser proporcionada para conectar el elemento de conexión a una abrazadera de montaje. Por ejemplo, por medio de una abrazadera de montaje compartida, una pluralidad de elementos de conexión de acuerdo a la invención puede ser soldada a la estructura eléctricamente conductora en un arreglo relativo definido.
En una modalidad ventajosa, el cristal tiene de dos a seis elementos de conexión eléctrica de acuerdo con la invención. Por medio de elementos de conexión múltiple, una estructura eléctricamente conductora implementada como un conductor de calentamiento puede, por ejemplo, ser conectada a las dos terminales de un suministro de energía externo. Por medio de elementos de elementos de conexión múltiple, diferentes antenas aplicadas sobre el sustrato como estructuras eléctricamente conductoras pueden, por ejemplo, ponerse en contacto. Debido a las dimensiones pequeñas y la reducción de los esfuerzos térmicos, los elementos de conexión de acuerdo a la invención son particularmente adecuados para cristales sobre los cuales pueden ser colocados elementos de conexión múltiple, aún con poca distancia entre ellos. Los elementos de conexión son colocados preferiblemente en una linea. La distancia entre los elementos de conexión adyacente es preferiblemente de 5 a 50 mm, de manera particularmente preferible de 10 a 20 mm. Este arreglo es ventajoso desde un punto de vista de la teenología de producción y por razones estéticas. En particular, los elementos de conexión en este arreglo relativo pueden ser fijados, por ejemplo, antes de soldar en una abrazadera de montaje compartida. Los bordes laterales de las regiones de soldadura de los diferentes elementos de conexión son colocados preferiblemente paralelos entre sí y pueden tener, con relación a la línea (imaginaria) sobre la cual se ubican los elementos de conexión, cualquier ángulo, preferiblemente de 5o a 90°, de manera particularmente preferible de 10° a 40°. Las regiones prensadas de los diferentes elementos de conexión son colocadas preferiblemente sobre el mismo lado de la linea (imaginaria). Ese arreglo es particularmente ahorrador de espacio .
El sustrato tiene un primer coeficiente de expansión térmica. El elemento de conexión tiene un segundo coeficiente de expansión térmica. En una modalidad ventajosa de la invención, la diferencia entre el primer y segundo coeficiente de expansión térmica es menor de 5 x 106/°C, de manera particularmente preferible menor de 3 x 106/°C. Debido a esto, los esfuerzos térmicos en el cristal se reducen y se obtiene una mejor adhesión.
El sustrato contiene, preferiblemente, vidrio, de manera particularmente preferible, vidrio plano, vidrio flotado, vidrio de cuarzo, vidrio de borosilicato, y/o vidrio de sosa y cal. Sin embargo, el sustrato también puede contener polímeros, preferiblemente polietileno, polipropileno, policarbonato, metacrilato de polimetilo, poliestireno, polibutadieno, polinitrilos, poliéster, poliuretano, cloruro de polivinilo, poliacrilato, poliamida, tereftalato de polietileno, y/o copolímeros o mezclas de los mismos. El sustrato es preferiblemente transparente. El sustrato preferiblemente tiene un espesor de 0.5 m a 25 mm, de manera particularmente preferible de 1 mm a 10 mm, y de manera muy particularmente preferida de 1.5 min a 5 mm.
El primer coeficiente de expansión térmica es preferiblemente de 8 x 10_6/°C a 9 x 10_6/°C. El sustrato preferiblemente contiene vidrio que tiene, preferiblemente, un coeficiente de expansión térmica de 8.3 x 1CT6/°C a 9 x 106/°C en un intervalo de temperatura de 0 °C a 300 °C.
El segundo coeficiente de expansión térmica es preferiblemente de 9 x 106/°C a 13 x 106/°C, de manera particularmente preferible de 10 x 10~6/°C a 11.5 x 10_6/°C, de manera muy particularmente preferible de 10 x 106/°C a 11 x 106/°C, y de manera en particular de 10 x 106/°C a 10.5 x 106/°C en un intervalo de temperatura de 0 °C a 300 °C.
El elemento de conexión de acuerdo a la invención preferiblemente incluye un acero que contiene cromo con una proporción de cromo mayor que o igual a 10.5 % en peso. Otros componentes de aleación como molibdeno, manganeso o niobio dan como resultado una mejor resistencia a la corrosión o propiedades mecánicas alteradas, como resistencia a la tracción y capacidad de formación en frió.
El elemento de conexión de acuerdo a la invención preferiblemente incluye al menos de 66.5 % a 89.5 % en peso de hierro, de 10.5 % a 20 % en peso de cromo, de 0 % a 1 % en peso de carbono, de 0 % a 5 % en peso de níquel, de 0 % a 2 % en peso de manganeso, de 0 % a 2.5 % en peso de molibdeno, de 0 % a 2 % en peso de niobio, y de 0 % a 1 % en peso de titanio. El elemento de conexión también puede incluir mezclas de otros elementos, incluyendo vanadio, aluminio y nitrógeno.
El elemento de conexión de acuerdo con la invención incluye de manera particularmente preferible al menos de 73 % a 89.5 % en peso de hierro, de 10.5 % a 20 % en peso de cromo, de 0 % a 0.5 % en peso de carbono, de 0 % a 2.5 % en peso de níquel, de 0 % a 1 % en peso de manganeso, de 0 % a 1.5 % en peso de molibdeno, de 0 % a 1 % en peso de niobio, y de 0 % a 1 % en peso de titanio. El elemento de conexión también puede incluir mezclas de otros elementos, incluyendo vanadio, aluminio y nitrógeno.
El elemento de conexión de acuerdo con la invención incluye de manera muy particularmente preferible al menos de 77 % a 84 % en peso de hierro, de 16 % a 18.5 % en peso de cromo, de 0 % a 0.1 % en peso de carbono, de 0 % a 1 % en peso de manganeso, de 0 % a 1 % en peso de niobio, de 0 % a 1.5 % en peso de molibdeno, y de 0 % a 1 % en peso de titanio. El elemento de conexión también puede incluir mezclas de otros elementos, incluyendo vanadio, aluminio y nitrógeno.
Los aceros que contienen cromo particularmente adecuado son aceros de los números de material 1.4016, 1.4113, 1.4509, y 1.4510 de acuerdo con EN 10088-2.
La estructura eléctricamente conductora de acuerdo con la invención tiene, preferiblemente, un espesor de capa de 5 mm a 40 mm, de manera particularmente preferible de 5 pm a 20 p , de manera muy particularmente preferible, de 8 pm a 15 pm, y, en particular, de 10 p a 12 pm. La estructura eléctricamente conductora de acuerdo con la invención contiene, preferiblemente, plata, de manera particularmente preferible, partículas de plata y fritas de vidrio.
El espesor de capa de material de soldadura es preferiblemente menor que o igual a 6.0 x 104 m, de manera particularmente preferible menor que 3.0 x 104 m.
El material de soldadura de acuerdo con la invención es sin plomo. Esto es particularmente ventajoso en vista del impacto ambiental del cristal con un elemento de conexión eléctrica de acuerdo con la invención. En el contexto de la invención, "material de soldadura sin plomo" significa un material de soldadura que incluye, de acuerdo con la Directriz EC "2002/95/EC sobre la Restricción del Uso de Ciertas Sustancias Peligrosas en Equipo Eléctrico y Electrónico", una proporción de plomo menor que o igual a 0.1 % en peso, preferiblemente sin plomo.
El material de soldadura sin plomo típicamente tiene menos ductilidad que los materiales de soldadura que contienen plomo, de modo que los esfuerzos mecánicos entre un elemento de conexión y un cristal pueden estar menos compensados. Sin embargo, se ha demostrado que los esfuerzos mecánicos críticos pueden ser evitados claramente por medio del elemento de conexión de acuerdo con la invención. El material de soldadura de acuerdo con la invención contiene, preferiblemente, estaño y bismuto, indio, zinc, cobre, plata, o composiciones de los mismos. La proporción de estaño en la composición de soldadura de acuerdo con la invención es de 3 % a 99.5 % en peso, preferiblemente de 10 % a 95.5 % en peso, de manera particularmente preferible de 15 % a 60 % en peso. La proporción de bismuto, indio, zinc, cobre, plata o composiciones de los mismos en la composición de soldadura de acuerdo con la invención es de 0.5 % a 97 % en peso, preferiblemente de 10 % a 67 % en peso, por lo que la proporción de bismuto, indio, zinc, cobre, o plata puede ser de 0 % en peso. La composición de soldadura puede contener níquel, germanio, aluminio o fósforo a una proporción de 0 % a 5 % en peso. La composición de soldadura de acuerdo con la invención contiene, de manera muy particularmente preferible Bi40Sn57Ag3, Sn40Bi57Ag3, Bi59Sn4OAgl, Bi57Sn42Agl, In97Ag3, Sn95 .5Ag3.8CuO.7, Bi67In33, Bi33In50Snl7 , Sn77.2In20Ag2.8, Sn95Ag4Cul, Sn99Cul, Sn96.5Ag3.5, Sn96.5Ag3CuO.5, Sn97Ag3, o mezclas de los mismos.
En una modalidad ventajosa, el material de soldadura contiene bismuto. Se ha demostrado que el material de soldadura que contiene bismuto da como resultado una adhesión particularmente buena del elemento de conexión de acuerdo a la invención al cristal, por medio de la cual se evita el daño al cristal. La proporción de bismuto en la composición del material de soldadura es preferiblemente de 0.5 % a 97 % en peso, de manera particularmente preferible de 10 % a 67 % en peso, y de manera muy particularmente preferible de 33 % a 67 % en peso, en particular de 50 % a 60 % en peso. Además del bismuto, el material de soldadura preferiblemente contiene estaño y plata o estaño, plata, y cobre. En una modalidad particularmente preferida, el material de soldadura incluye al menos de 35 % a 69 % en peso de bismuto, de 30 % a 50 % en peso de estaño, de 1 % a 10 % en peso de plata, y de 0 % a 5 % en peso de cobre. En una modalidad muy particularmente preferida, el material de soldadura contiene al menos de 49 % a 60 % en peso de bismuto, de 39 % a 42 % en peso de estaño, de 1 % a 4 % en peso de plata, y de 0 % a 3 % en peso de cobre.
En otra modalidad ventajosa, el material de soldadura contiene de 90 % a 99.5 % en peso de estaño, preferiblemente de 95 % a 99 % en peso, de manera particularmente preferible de 93 % a 98 % en peso. Además de estaño, el material de soldadura preferiblemente contiene de 0.5 % a 5 % en peso de plata y de 0 % a 5 % en peso de cobre.
El material de soldadura fluye hacia afuera con un ancho de flujo hacia afuera de menos de 1 mm del espacio entre la región de soldadura del elemento de conexión y la estructura eléctricamente conductora. En una modalidad preferida, el ancho máximo del flujo hacia afuera es menor de 0.5 mm y, en particular, aproximadamente 0 mm. Esto es particularmente ventajoso con respecto a la reducción del esfuerzo mecánico en el cristal, la adhesión del elemento de conexión, y la reducción en la cantidad de soldadura. El ancho máximo del flujo hacia afuera es definido como la distancia entre los bordes externos de la región de soldadura y el punto de cruce del material de soldadura, en el cual el material de soldadura gotea hacia abajo un espesor de capa de 50 pm. El ancho máximo del flujo hacia afuera es medido sobre el material de soldadura solidificado después del proceso de soldadura. Un ancho máximo de flujo hacia afuera deseado es obtenido a través de una selección adecuada del volumen de material de soldadura y distancia vertical entre el elemento de conexión y la estructura eléctricamente conductora, lo cual puede ser determinado por experimentos simples. La distancia vertical entre el elemento de conexión y la estructura eléctricamente conductora puede ser predefina por una herramienta de proceso adecuada, por ejemplo, una herramienta con un separador integrado. El ancho máximo de flujo hacia afuera puede aún ser negativo, es decir, jalado hacia atrás, hacia el espacio intermedio formado por la región de soldadura de la conexión eléctrica y una estructura eléctricamente conductora. En una modalidad ventajosa del cristal de acuerdo con la invención, el ancho máximo de flujo hacia afuera es jalado hacia atrás en un menisco cóncavo hacia el espacio intermedio formado por la región de soldadura de la conexión eléctrica y una estructura eléctricamente conductora. Un menisco cóncavo es creado por ejemplo, incrementando la distancia vertical entre el separador y la estructura conductora durante el proceso de soldadura, mientras la soldadura esté aún fluida. La ventaja reside en la reducción de los esfuerzos mecánicos en el cristal, en particular, en la región critica presente con un cruce de material de soldadura grande.
En una modalidad ventajosa de la invención, la superficie de contacto del elemento de conexión tiene separadores, preferiblemente al menos dos separadores, de manera particularmente preferible al menos tres separadores. Los separadores se ubican sobre la superficie de contacto entre el elemento de conexión y el material de soldadura y son formados preferiblemente en una pieza con el elemento de conexión, por ejemplo, por estampado o revenido profundo. Los separadores preferiblemente tienen un ancho de 0.5 x 104 m a 10 x 104 m y una altura de 0.5 x 104 m a 5 x 104 m, de manera particularmente preferible de 1 x 104 m a 3 x 104 m. Por medio de los separadores, se obtiene un espesor homogéneo, uniforme, y una capa fundida uniformemente del material de soldadura. De este modo, los esfuerzos mecánicos entre el elemento de conexión y el cristal pueden ser reducidos y la adhesión del elemento de conexión puede ser mejorada. Esto es particularmente ventajoso con el uso de material de soldadura sin plomo que pueden compensar los esfuerzos mecánicos menos buenos debido a su baja conductividad en comparación con los materiales de soldadura que contienen plomo.
En una modalidad ventajosa de la invención, al menos un tope, el cual sirve para el contacto del elemento de conexión con la herramienta de soldadura durante el proceso de soldadura, se coloca sobre la superficie de la región de soldadura del elemento de conexión orientado hacia afuera del sustrato. El tope de contacto es preferiblemente curvo convexamente al menos en la región de contacto con la herramienta de soldadura. El tope de contacto preferiblemente tienen una altura de 0.1 mm a 2 mm, de manera particularmente preferible de 0.2 mm a 1 mm. La longitud y ancho del tope de contacto es preferiblemente de entre 0.1 y 5 mm, de manera muy particularmente preferible entre 0.4 mm y 3 mm. Los topes de contacto son implementados preferiblemente en una pieza con el elemento de conexión, por ejemplo, por estampado o revenido profundo. Para la soldadura, pueden ser usados electrodos cuyo lado de contacto sea plano. La superficie del electrodo es puesto en contacto con el tope de contacto. Para esto, la superficie del electrodo es colocada paralela a la superficie del sustrato. La región de contacto entre la superficie del electrodo y el tope de contacto forma el punto de soldadura. La posición del punto de soldadura es determinada por el punto de superficie convexa del tope de contacto que tiene la distancia vertical más grande de la superficie de sustrato. La posición del punto de soldadura es independiente de la posición del electrodo de soldadura sobre el elemento de conexión. Esto es particularmente ventajoso con respecto a una distribución de calor uniforme, reproducible durante el proceso de soldadura. La distribución de calor durante el proceso de soldadura es determinada por la posición, el tamaño, el arreglo y la geometría del tope de contacto.
El elemento de conexión eléctrica tiene, preferiblemente al menos sobre la superficie de contacto orientada hacia el material de soldadura, un recubrimiento (capa humectante) que contiene níquel, cobre, zinc, estaño, plata, oro, o aleaciones o capas de los mismos, preferiblemente plata. A través de estos medios, se logra una humectación mejorada del elemento de conexión con el material de soldadura y una mejor adhesión del elemento de conexión.
El elemento de conexión de acuerdo con la invención es recubierto preferiblemente con níquel, estaño, cobre y/o plata. El elemento de conexión de acuerdo con la invención es provisto de manera particularmente preferible con una capa que promueve la adhesión, preferiblemente hecha de níquel y/o cobre, y, adicionalmente, con una capa soldable, preferiblemente hecha de plata. El elemento de conexión de acuerdo a la invención es recubierto, de manera muy particularmente preferible con 0.1 mm a 0.3 pm de níquel y/o 3 pm a 20 pm de plata. El elemento de conexión puede ser revestido con níquel, estaño, cobre, y/o plata. El níquel y la plata mejoran la capacidad de transporte de carga y estabilidad a la corrosión del elemento de conexión y humectación con el material de soldadura.
La forma del elemento de conexión eléctrica puede formar uno o una pluralidad de depósitos de soldadura en el espacio intermedio del elemento de conexión y de la estructura eléctricamente conductora. Los depósitos de soldadura y propiedades de humectación de la soldadura sobre el elemento de conexión evitan el flujo hacia afuera del material de soldadura desde el espacio intermedio. Los depósitos de soldadura pueden ser de diseño rectangular, redondeado o poligonal.
El objetivo de la invención es alcanzado además a través de un método para la producción de un cristal de acuerdo con la invención con al menos un elemento de conexión eléctrica, donde a) el elemento de conexión es conectado a un cable de conexión por prensado en una región, b) el material de soldadura es aplicado sobre el fondo de la región de soldadura, c) el elemento de conexión con el material de soldadura es colocado sobre una región de una estructura eléctricamente conductora que se aplica sobre una región de un sustrato, y d) el elemento de conexión es conectado, con alimentación de energía, a la estructura eléctricamente conductora.
El material de soldadura es aplicado preferiblemente al elemento de conexión como una plaquita o una gota aplanada con un espesor de capa, volumen, forma y arreglo fijos. El espesor de capa de la plaquita de material de soladura es preferiblemente menor que o igual a 0.6 mm. La forma de la plaquita de material de soldadura preferiblemente corresponde a la forma de la superficie de contacto. Si la superficie de contacto es implementada, por ejemplo, como un rectángulo, la plaquita de material de soldadura preferiblemente tiene una forma rectangular.
La introducción de la energía durante la conexión eléctrica de un elemento de conexión eléctrica y una estructura eléctricamente conductora ocurre preferiblemente por medio de soldadura con punzones, termodos, de pistón, preferiblemente soldadura láser, soldadura con aire caliente, soldadura por inducción, soldadura con resistencia, y/o con ultrasonido.
La estructura eléctricamente conductora puede ser aplicada al sustrato por métodos conocidos per se, por ejemplo, por métodos de impresión por serigrafía. La aplicación de la estructura eléctricamente conductora puede tener lugar antes, durante, o después de los pasos de proceso (a) y (b).
El elemento de conexión es usado preferiblemente en cristales calientes o en cristales con antenas en edificios, en particular, en automóviles, ferrocarriles, aeronaves, o naves acuáticas. El elemento de conexión sirve para conectar las estructuras conductoras del cristal a sistemas eléctricos que se ubican fuera del cristal. Los sistemas eléctricos son amplificadores, unidades de control, o fuentes de voltaje.
La invención incluye además el uso del cristal de acuerdo con la invención en edificios o en medios de transporte para desplazarse sobre tierra, en el aire o sobre el agua, en particular en vehículos ferroviarios o vehículos de motor, preferiblemente como un parabrisas, ventana posterior, ventana lateral, y/o tragaluz, en particular como un cristal calentable o como un cristal con una función de antena.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención es explicada en detalle con referencia a las figuras y modalidades ejemplares. Las figuras son representaciones esquemáticas y no están a escala verdadera. Las figuras no restringen de ninguna manera la invención. Ellas describen: La Figura 1 una vista en perspectiva de una primera modalidad del cristal de acuerdo con la invención, La Figura 2 un corte transversal A-A' a través de un cristal de la Figura 1, La Figura 3 un corte transversal A-A' a través de un cristal alternativo de acuerdo con la invención, La Figura 4 un corte transversal A-A' a través de otro cristal alternativo de acuerdo con la invención, La Figura 5 un corte transversal A-A' a través de otro cristal alternativo de acuerdo con la invención, La Figura 6 un corte transversal B-B' a través de otro cristal alternativo de acuerdo con la invención, La Figura 7 un corte transversal B-B' a través de otro cristal alternativo de acuerdo con la invención, La Figura 8 un diagrama de flujo detallado del método de acuerdo con la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 1 y la Figura 2 describen cada uno un detalle de un cristal de acuerdo con la invención en la región del elemento de conexión eléctrica 3. El cristal comprende un sustrato 1, el cual es un vidrio de seguridad de un solo cristal térmicamente pretensado de 3 m de espesor hecho de vidrio de sosa y cal. El sustrato 1 tiene un ancho de 150 cm y una altura de 80 cm. Una estructura eléctricamente conductora 2 en forma de una estructura conductora de calentamiento se imprime sobre el sustrato 1. La estructura eléctricamente conductora 2 contiene partículas de plata y fritas de vidrio. En la región del borde del cristal, la estructura eléctricamente conductora 2 se amplía hasta un ancho de 10 mm y forma una superficie de contacto para un elemento de conexión eléctrica 3. El elemento de conexión 3 sirve para el contacto eléctrico de la estructura eléctricamente conductora 2 con un suministro de energía interno vía un cable conexión 5. El cable de conexión 5 incluye un núcleo eléctricamente conductor que es implementado como un conductor de alambre trenzado convencional hecho de cobre. El cable de conexión 5 incluye además un forro aislante polimérico (no mostrado) que es removido en la región extrema hasta la longitud de 4.5 rain para permitir el contacto eléctrico del núcleo eléctricamente conductor del cable de conexión 5 con el elemento de conexión 3. Una cobertura de impresión por serigrafia (no mostrada) también es adecuada a la región del borde del sustrato 1.
El elemento de conexión eléctrica 3 está hecho de acero del número de material 1.4509 de acuerdo con EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4509) con un coeficiente de expansión térmica de 10.5 x 106/°C en el intervalo de temperatura de 20 °C a 300 °C. El espesor del material del elemento de conexión 3 es, por ejemplo, de 0.4 mm. El elemento de conexión tiene una región 11 con una longitud de, por ejemplo, 4 mm, el cual se prensó alrededor de la región extrema del cable de conexión 5. Para esto, los bordes laterales de la región prensada 11 se doblan alrededor del cable de conexión 5 y se aplastan con ésta. La encrespadura es colocada de modo que la región del sustrato 1 se doble alrededor de los puntos lejos del sustrato 1. Mediante estos medios, puede ser realizado un ángulo ventajosamente pequeño entre la región prensada 11 y el sustrato 1. Sin embargo, en principio, el arreglo invertido de la encrespadura también es posible.
El elemento de conexión 3 tiene además una región de soldadura plana 10, sustancialmente rectangular, la cual se conecta a la región prensada 11 vía una región de transición 12. La región de soldadura 10 tiene, por ejemplo, una longitud de 4 mm y un ancho de 2.5 mm. La región de transición 12 tiene, por ejemplo, una longitud de 1 mm. La región de soldadura 10 se coloca sobre la región prensada 11 que se orienta a la dirección de extensión del cable de conexión 5. El ángulo entre la región de soldadura 10 y la región prensada 11 es, por ejemplo, de 160°. La región de transición 12 es implementada de forma plana, pero puede, por ejemplo, alternativamente, también ser implementada curva y/o doblada.
La superficie de la región de soldadura 10 orientada hacia el sustrato 1 forma una superficie de contacto 8 entre el elemento de conexión eléctrica 3 y la estructura eléctricamente conductora 2. El material de soldadura 4, el cual efectúa una conexión eléctrica y mecánica durable entre el elemento de conexión eléctrica 3 y la estructura eléctricamente conductora 2, es aplicado en la región de la superficie de contacto 8. El material de soldadura 4 contiene 57% en peso de bismuto, 40% en peso de estaño, y 3% en peso de plata. El material de soldadura 4 tiene un espesor de 250 pm. La región de soldadura 10 es conectada a la estructura eléctricamente conductora 2 vía la superficie de contacto 8 sobre toda su área.
La Figura 3 describe un corte transversal a través de una modalidad alternativa del cristal de acuerdo con la invención con el elemento de conexión 3. La superficie de contacto 8 del elemento de conexión 3 es proporcionado con una capa humectante que contiene plata 6, por ejemplo, con un espesor de aproximadamente 5 ym. Esto mejora la adhesión del elemento de conexión 3. En otra modalidad, una capa promotora de la adhesión, hecha, por ejemplo, de níquel y/o cobre puede ser situada entre el elemento de conexión 3 y la capa humectante 6.
La Figura 4 describe un corte transversal a través de una modalidad alternativa del cristal de acuerdo con la invención con el elemento de conexión 3. Los separadores 7 se ubican sobre la superficie de contacto 8 del elemento de conexión 3. Por ejemplo, cuatro separadores 7, de los cuales dos separadores 7 pueden ser identificados en la sección descrita, pueden ser colocados sobre la superficie de contacto 8. Los separadores 7 son estampados en la región de soldadura 10 del elemento de conexión 3 y de este modo implementados en una pieza con el elemento de conexión 3. Los separadores 7 se forman como segmentos esféricos y tienen una altura de 2.5 x 104 m y un ancho de 5 x 104 m. Por medio de los separadores 7, es promovida la formación de una capa uniforme en el material de soldadura 4. Esto es particularmente ventajoso con respecto a la adhesión del elemento de conexión 3.
La Figura 5 describe un corte transversal a través de una modalidad alternativa del cristal de acuerdo con la invención con el elemento de conexión 3. Un tope de contacto 9 se coloca sobre la superficie de la región de soldadura 10 del elemento de conexión 3 orientado hacia afuera del sustrato 1 y opuesto a la superficie de contacto 8. El tope de contacto 9 es estampado en la región de soldadura 10 del elemento de conexión 3 y de este modo implementado en una pieza con el elemento de conexión 3. El tope de contacto 9 es formado como un segmento esférico y tiene una altura de 2.5 x 104 m y un ancho de 5 x 104 m. El tope de contacto 9 sirve para el contacto del elemento de conexión 3 con la herramienta de soldadura durante el proceso de soldadura. Por medio del tope de contacto 9, se asegura de forma independiente una distribución de calor definida y reproducible a la colocación exacta de la herramienta de soldadura.
La Figura 6 describe un corte transversal a través de una modalidad alternativa del cristal de acuerdo con la invención con el elemento de conexión 3. El elemento de conexión eléctrica 3 incluye, sobre la superficie de contacto 8 orientada hacia el material de soldadura 4, una cavidad con una profundidad de 250 mm, la cual es estampada en la región de soldadura 10 y que forma un depósito de soldadura para el material de soldadura 4. El flujo hacia afuera del material de soldadura 4 desde el espacio intermedio puede ser evitado completamente. Por estos medios, los esfuerzos térmicos en el cristal se reducen aún más.
La Figura 7 describe un corte transversal a través de una modalidad alternativa del cristal de acuerdo con la invención con el elemento de conexión 3. El elemento de conexión 3 tiene, además de la región prensada 11, la región de transición 12, y la región de soldadura 10, una región adicional 13, adyacente a la región de soldadura 10. La región adicional 13 y la región de transición 12 con la región prensada 11 se conectan a los bordes opuestos de la región de soldadura 10.
La Figura 8 describe en detalle un método de acuerdo con la invención para producir un cristal con un elemento de conexión eléctrica 3.
Se produjeron especímenes con el sustrato 1 (espesor de 3 m, ancho de 150 cm y altura de 80 cm), la estructura eléctricamente conductora 2 en forma de una estructura conductora de calentamiento del elemento de conexión eléctricamente conductores de acuerdo con la Figura 1, y el material de soldadura 4. El elemento de conexión 3 fue hecho de acero del número de material 1.4509 de acuerdo con EN 10088-2, el cual tiene un coeficiente de expansión térmica de 10.0 x 106/°C en el intervalo de temperatura de 20 °C y 200 °C y un coeficiente de expansión térmica de 10.5 x 106/°C en el intervalo de temperatura de 20 °C a 300 °C. El sustrato 1 fue hecho de vidrio de sosa y cal con un coeficiente de expansión térmica de 8.30 x 106 /°C en el intervalo de temperatura de 20 °C a 300 °C. El material de soldadura 4 contenia Sn40Bi57Ag3 y un espesor de capa de 250 pm. El elemento de conexión 3 fue soldado sobre una estructura eléctricamente conductora 2 a una temperatura de 200 °C y un tiempo de procesamiento de 2 segundos. No se observaron esfuerzos mecánicos críticos en el cristal. La conexión del cristal del elemento de conexión eléctrica 3 vía la estructura eléctricamente conductora 2 fue estable y durable. Con todos los especímenes, fue posible observar, con una diferencia de temperatura de +80 °C a -30 °C, que el sustrato no se rompió ni demostró daño. Fue posible demostrar que, brevemente después de la soldadura, los cristales con el elemento de conexión soldado 3 fueron estables contra una caída súbita de temperatura.
En ejemplos comparativos con elementos de conexión que tenían la misma forma y fueron hechos de cobre o latón, claramente ocurrieron esfuerzos mecánicos más grandes y con una diferencia de temperatura súbita de +80 °C a -30 °C, se observó que el cristal tenía mayor daño brevemente después de soldar. Se demostró que los cristales de acuerdo con la invención con los sustratos de vidrio 1 y los elementos de conexión eléctrica 3 de acuerdo con la invención tenían mejor estabilidad contra diferencias súbitas de temperatura. Este resultado fue inesperado y sorprendente para el experto en la téenica.
Lista de caracteres de referencia (1) sustrato (2) estructura eléctricamente conductora (3) elemento de conexión eléctrica (4) material de soldadura (5) cable de conexión (6) capa humectante (7) separador ( 8 ) superficie de contacto del elemento de conexión 3 con la estructura eléctricamente conductora 2 ( 9 ) tope de contacto ( 10) región de soldadura del elemento de conexión 3 ( 11 ) región prensada del elemento de conexión 3 ( 12 ) región de transición entre la región prensada 11 y la región de soldadura 10 ( 13 ) otra región del elemento de conexión 3 A-A' linea de corte

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un cristal con al menos un elemento de conexión eléctrica, caracterizado porque comprende al menos: un sustrato, sobre una región del sustrato, una estructura eléctricamente conductora, sobre una región de la estructura eléctricamente conductora un elemento de conexión que comprende al menos un acero que contiene cromo, donde el elemento de conexión tiene una región prensada alrededor de un cable de conexión y una región de soldadura y donde la región de soldadura se conecta a la estructura eléctricamente conductora via material de soldadura sin plomo.
2. El cristal de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el ángulo entre la región de soldadura y la región prensada es de 120° a 180°, preferiblemente de 150° a 170°.
3. El cristal de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado además porque incluye de dos a seis elementos de conexión, los cuales preferiblemente se colocan en una linea, con la distancia entre los elementos de conexión adyacente preferiblemente de 5 mm a 50 mm, de manera particularmente preferible de 10 mm a 20 mm.
4. El cristal de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado además porque el espesor del material del elemento de conexión es de 0.1 mm a 2 mm, preferiblemente de 0.2 mm a 1 mm, de manera particularmente preferible de 0.3 mm a 0.5 mm.
5. El cristal de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado además porque la diferencia entre el coeficiente de expansión térmica del sustrato y el coeficiente de expansión térmica del elemento de conexión es menor de 5 x 106/°C.
6. El cristal de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado además porque el elemento de conexión comprende al menos de 66.5 % a 89.5 % en peso de hierro, de 10.5 % a 20 % en peso de cromo, de 0 % a 1 % en peso de carbono, de 0 % a 5 % en peso de níquel, de 0 % a 2 % en peso de manganeso, de 0 % a 2.5 % en peso de molibdeno, de 0 % a 2 % en peso de niobio, y de 0 % a 1 % en peso de titanio.
7. El cristal de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el elemento de conexión comprende al menos de 77 % a 84 % en peso de hierro, de 16 % a 18.5 % en peso de cromo, de 0 % a 0.1 % en peso de carbono, de 0 % a 1 % en peso de manganeso, de O o o a 1 % en peso de niobio, de 0 % a 1.5 % en peso de molibdeno, y de 0 % a 1 % en peso de titanio.
8. El cristal de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado además porque el sustrato contiene el vidrio, preferiblemente vidrio plano, vidrio flotado, vidrio de cuarzo, vidrio de borosilicato, y/o vidrio de sosa y cal.
9. El cristal de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la estructura eléctricamente conductora contiene al menos plata, preferiblemente partículas de plata y fritas de vidrio y tiene un espesor de capa de 5 mm a 40 pm.
10. El cristal de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado además porque el espesor de capa del material de soldadura es menor que o igual a 6.0 x 104 m.
11. El cristal de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado además porque el material de soldadura contiene estaño y bismuto, indio, zinc, cobre, plata o composiciones de los mismos.
12. El cristal de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado además porque el material de soldadura contiene 35 % a 69 % en peso de bismuto, de 30 % a 50 % en peso de estaño, de 1 % a 10 % en peso de plata, y de 0 % a 5 % en peso de cobre, o donde el material de soldadura (4) contiene de 90% a 99.5% en peso de estaño, de
0.5% a 5% en peso de plata, y de 0% a 5% en peso de cobre. 13. El cristal de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado además porque el elemento de conexión tiene al menos una capa humectante que contiene níquel, estaño, cobre y/o plata.
14. Un método para la producción de un cristal con al menos un elemento de conexión eléctrica como los que se reclaman en las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque a) el elemento de conexión se conecta al cable de conexión por prensado en una región, b) el material de soldadura es aplicado sobre la parte inferior de la región de soldadura, c) el elemento de conexión con el material de soldadura es colocado sobre una región de la estructura eléctricamente conductora que se indica sobre una región de un sustrato, y d) el elemento de conexión se conecta, con alimentación de energía, a la estructura eléctricamente conductora.
15. El uso de un cristal con al menos un elemento de conexión eléctrica como los que se reclaman en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en edificios o en medios de transporte para desplazarse sobre tierra, en el aire o agua, en particular en vehículos ferroviarios o vehículos de motor, preferiblemente como un parabrisas, ventana posterior, ventana lateral y/o tragaluz, en particular como un cristal calentable o como un cristal con una función de antena.
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